PLC控制變頻調速恒壓供水系統(tǒng)

1、PLC控制變頻調速恒壓供水系統(tǒng)摘要：本文介紹了一種利用三菱變頻器內(nèi)部的PID 功能的PLC控制恒壓供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)較好地解決了高層建筑生 活、消防等供水需求，實行自動恒壓供水，具有明顯的經(jīng)濟 效益和一定的推廣應用價值。關鍵詞：恒壓供水變頻調速 PLC PID空制一、引言隨著變頻調速技術的發(fā)展，變頻恒壓供水系統(tǒng)已逐漸取代傳統(tǒng)的供水系統(tǒng) ,廣泛應用于高層建筑、工業(yè)、消防、住宅小區(qū)的生活供水系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的恒速泵供水系統(tǒng)、水 塔高位、水箱供水系統(tǒng)相比，變頻調速壓供水系統(tǒng)具有供水 質量高、靈活性強、能耗少、無水錘效應等優(yōu)點，從而獲得 了廣泛的應用。、恒壓供水要求和工作原理1. 恒壓供水要求根據(jù)用水量的變

2、化（實際是壓力的變化）自動調節(jié)系統(tǒng) 的運行參數(shù)，在用水量變化時保持水壓恒定。2. 恒壓供水的工作原理（見圖 1）恒壓供水系統(tǒng)為閉環(huán)控制系統(tǒng)，其工作原理為：供水的 壓力通過傳感器采集給系統(tǒng)， 再通過變頻器的 A/D 轉換模塊 將模擬量轉換成數(shù)字量， 同時變頻器的 A/D 將壓力設定值轉 換成數(shù)值量， 兩個數(shù)據(jù)同時經(jīng)過 PID 控制模塊進行比較， PID 根據(jù)變頻器的參數(shù)設置，進行數(shù)據(jù)處理，并將數(shù)據(jù)處理的結 果以運行頻率的形式控制輸出。 PID 控制模塊具有比較和差 分的功能，供水的壓力低于設定壓力，變頻器就會將運行頻 率升高，相反則降低，并且可以根據(jù)壓力變化的快慢進行差 分調節(jié)。PLC根據(jù)水壓情

3、況一方面控制水泵變頻與工頻的切 換，另一方面控制水泵的工作數(shù)量。三、系統(tǒng)介紹1.系統(tǒng)組成控制系統(tǒng)由一臺三菱 FRA540型變頻器、一臺三菱 FX2N-32MR可編程序控制器、壓力傳感器、顯示報警裝置及 2 臺水泵和電氣控制柜組成。2.變頻器的控制過程變頻器采用三菱FRA540型變頻器，該變頻器配有 PID功能。通過外部電位器作為壓力給定值，安裝在出水總管上 的壓力傳感器反饋來的壓力信號（4s 20mA）作為壓力反饋 至變頻器的輔助輸入端 4 端、5 端。變頻器時刻跟蹤管網(wǎng)壓 力與設定壓力值之間的偏差變化情況，經(jīng)變頻器內(nèi)部PID 運算，調節(jié)變頻器的輸出頻率，改變水泵轉速。并通過PLC控制水泵工頻

4、供電與變頻器供電的切換，自動控制水泵運行的 臺數(shù)，實現(xiàn)閉環(huán)控制， 使水壓保持恒定。 系統(tǒng)主回路構成 （如 圖 2 所示），變頻器控制回路 （如圖 3 所示）。 FU 為變頻器輸 出頻率上限到達信號端，該信號進入PLC作為水泵變頻與工頻切換的控制信息之一，上、下限輸出頻率可通過變頻器 面板設定。系統(tǒng)開始工作時先由變頻器軟起動 1 臺變頻泵， 變頻器將反饋壓力與給定壓力進行比較，經(jīng)PID 運算調節(jié)變頻器輸出頻率。 當用水量較大時， 變頻器輸出頻率到達 48HZ 時，而水壓仍達不到給定壓力值時， 將變頻泵切換為工頻 （電 網(wǎng)電壓直接驅動）進行，變頻器再軟起動另一臺變頻泵，實 現(xiàn)一臺工頻一臺變頻雙泵供

5、水。當用水量下降時，變頻器輸出頻率下降，當降至頻率下 限（20HZ）時，且壓力仍能達到給定壓力值時，由PLC將1臺工頻泵切除，只由變頻泵供水直至滿足要求為止。無論單 泵變頻工作，還是雙泵一臺工頻一臺變頻工作，系統(tǒng)均以水 管壓力與給定壓力保持一致為原則，時刻采樣上、下限頻率 信號和壓力反饋信號，通過 PLC判斷并輸出相應的指令，控制水泵工作的模式3. 變頻器的參數(shù)設置：變頻器的參數(shù)設定有一定規(guī)律可 循，主要從供水系統(tǒng)的特性、水泵為平方律負載等方面來考慮，變 頻器的參數(shù)設定注意如下幾點：3.1 上限頻率：水泵屬于平方律負載，當轉速超過其額 定轉速時，轉矩將按平方律增加。因此變頻器的工作效率不 允許

6、超過額定頻率，最高只能和額定頻率相等。3.2 上限標志頻率：一般來說，以等于額定頻率為宜， 但變頻器內(nèi)部往往具有轉差補償功能，因此也可設置略低些。3.3 下限標志頻率：在供水系統(tǒng)中，轉速過低，會出現(xiàn) 水泵有全揚程小于實際揚程，形成“水泵”空轉的現(xiàn)象。所 以，下限頻率不宜太低。3.4 PID參數(shù)：PID參數(shù)的選擇，須保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定、動態(tài)響應快、靜差小。調試中，要觀察供水系統(tǒng)壓力檢測點 的實際測量值，維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。參數(shù)設置如下：Pr.1=50 （上限頻率設為 50Hz）Pr.2=15 （下限頻率設為 15Hz）Pr.7=12S （加速時間設為12S） Pr.8=12S （減速時間設為12S）

7、Pr.128=20 （PID控制為4端輸入，起負作用）Pr.9=9.5 （電子過流保護）Pr.129=100 （PID比例常數(shù)設定為 100%）Pr.130=1 （ PID積分常數(shù)設定為1S） Pr.134=1 （ PID微分常數(shù)設定為 1S）Pr.183=14 （ RT端子功能設定為“ PID控制有效端”）Pr.193=4（ OL端子功能設為“ Pr42的頻率檢測”下限頻 率）Pr.194=5（ FU端子功能設為“ Pr50的頻率檢測”上限頻 率）Pr.42=10 （下限標志頻率為 20Hz）Pr.50=50 （上限標志頻率為 48Hz）注：變頻器處于 PID運行時，須將 SD和RT端子短接

8、。4.P LC的選型與接線4.1 選型根據(jù) I/O 點數(shù)、類型以及控制要求，選用三菱公司的FX2N-32MR-001 作為主控基本單元， 它共有 32 個 I/O 口， 16 個開關量輸入口，16個輸出口，存儲容量大（16K）、運行速度快（基本指令0.08卩s/指令）、通過RS232C通信板可與個 人電腦連接，在線改變程序不會損失工作時間或停止設備運 轉，程序設計測試方便，可為恒壓供水系統(tǒng)的應用提供最大 的靈活性和控制能力。4.2 I/O 分配表（見表 1） 4.3 I/O 接線圖（見圖 4）5. PLC程序設計5.1 供水控制流程圖（見圖 5）5.2 程序設計要求系統(tǒng)整個工作過程采用“先起先

9、停，后起后?！钡难h(huán) 過程，使各水泵輪流休息及軟起動。具體要求如下：（ 1）開始時先起動 1 臺泵變頻運行，當水泵的轉速達到變頻器設的上限頻率 48Hz,水壓還沒有達到所設定值，PLC控制器自動把變頻運行泵切換到工頻運行，同時另一臺泵起 動變頻運行，滿足用戶大量用水的需求。當用水量減少，壓力還偏高時，要求自動切除工頻運行 水泵，恢復一臺變頻水泵運行到穩(wěn)定狀態(tài)， 實現(xiàn)“先起先停， 后起后?！?。（2）定時自動切換 在系統(tǒng)設計時，為了避免一臺泵經(jīng)常工作，而另一臺泵 經(jīng)常停歇，甚至春季受潮和生銹的情況，在電路中設計了泵 組定時輪換功能。如遇到兩臺泵在運行時（一臺變頻運行和 一臺工頻運行）定時轉換功能無

10、效，轉換時僅限于在一臺水泵變頻運行的狀態(tài)下進行（ 3）每臺水泵的變頻運行和工頻運行要有電氣互鎖，在軟件程序中，Y1與丫2, Y1與丫3, 丫3與丫4之間在程序中 都進行了互鎖，避免它們之間同時有輸出，否則就會發(fā)生變 頻器同時拖動兩臺水泵或工頻電源直接串入變頻器輸出端U、V、W 而損壞變頻器等嚴重事故。（ 4）可選擇自動和手動兩種工作方式,兩臺水泵均能 手動獨立運行。當選擇手動工作方式時,可分別通過SB3、SB4 SB5按鈕控制水泵在工頻下的運行與停止，這主要用于變頻器定期檢修或出現(xiàn)故障時的供水。（5）設有相應的保護措施，變頻器端子 A、C為變頻器 故障報警輸出,當變頻器有故障時,輸出繼電器 丫0 動作, 切斷變頻器的輸入電源,起到保護作用。同時還具有過載保 護,并可在停電后恢復自動起動。（ 6）對系統(tǒng)的手動與自動運行狀態(tài)以及兩臺泵的變頻 與工頻狀態(tài)進行相應信號指示。四、